книги из ГПНТБ / Оренбах М.С. Реакционная поверхность при гетерогенном горении

на всю глубину частиц коксового остатка. Однако этому

Можно предположить, что разработка макропористого про­ странства внутри коксовых частиц в области высоких темпе­ ратур связана с реагированием стенок пор и трещин не с кислородом, а с углекислотой *. Концентрация углекислоты вблизи поверхности частиц, по-видимому, значительно выше, чем кислорода, так как скорость реакции углерода с угле­ кислотой меньше, чем с кислородом воздуха. Углекислота, являясь продуктом догорания окиси углерода, может диф­ фундировать в макропоры на большую глубину, чем кисло­ род. В области температур 700—1000° скорость реагирования углекислоты с углеродом невелика и поэтому при этих тем­ пературах на воздухе нет заметной разработки внутрипори­ стого пространства таких пористых коксов, как кокс бурого угля. Однако в настоящее время еще недостаточно экспери­ ментальных данных, чтобы сделать четкий вывод .о причинах внутреннего реагирования мелких частиц углей в области высоких температур. Важно отметить, что оно существует, и его необходимо учитывать в исследованиях.

§ VII—4. Пористая структура недожога

при факельном сжигании углей

Изучение пористой структуры и свойств недогоревших частиц угля, отобранных из факела и за топкой промышлен­ ных котлов, позволяет дополнить и подтвердить выводы, по­ лученные при высокотемпературном горении угля в условиях лабораторного эксперимента.

Малое содержание горючих веществ в уносах котлов по­ требовало их предварительного обогащения. Обычные методы обогащения уносов (механическое обогащение, в тяжелых жидкостях, флотацией) малоэффективны из-за большого со­ держания золы в уносах (до 99%) и возможных потерь ор­ ганической части. Изучение уносов под микроскопом показа­ ло, что остатки угольных частиц не связаны с минеральной

в [19]. Обеззоливание заключалось в последовательной об­ работке уносов соляной, плавиковой и вновь соляной концен-

* Это подтверждают полученные нами в последнее время данные о го­ рении коксовых остатков в среде кислорода, углекислого газа и их смесей. Доля внутреннего горения у коксов при 1600°С в среде кислорода и возду­ ха одинаковые, а в среде СОг и смеси СО2 и 0 2 значительно выше.

Так, горючие назаровского бурого угля представляют из себя пыль, 73,3% которой имеет размер более 100 мк, а 60% бо­ лее 160 мк. У экибастузского угля доля фракций размером выше 100 мк составляет 47%, У хакасского 41% . По-видимо­ му, это объясняется тем, что соответственно росту метамор­ физма сжигаемых углей содержание горючих в уносах уве­ личивается, а в топках сжигается пыль более тонкого дис­ персного состава. При сжигании бурого угля содержание горючих в уносе не превышает 1%, тогда как в уносах ан­ трацита достигает 20% и выше. Можно предположить, что недожог бурых и каменных углей представляет собой недогоревшие наиболее крупные частицы пыли исходного топлива.

При сгорании в топках котлов антрацитов Донбасса об­ разующийся недожог по ситовому составу мало отличается от сжигаемого топлива. Слабое изменение ситового состава антрацита отмечалось в [20]. Наряду с другими доказатель­ ствами, это дало возможность автору сделать заключение, что недожог антрацита представляет собой вынесенное из топки, не затронутое горением, топливо. Однако при грану­ лометрическом анализе под микроскопом фракции недожога антрацита размером менее 40 мк выяснилось, что в недожоге по сравнению с исходным топливом содержится очень мало частиц размером менее 15—20 мк (рис. VII—7). Их оказа­ лось меньше 5%, соответственно в недожогах содержание фракций 20—40 мк высокое. Таким образом, и при горении

и бурых углей, а только в области мелких частиц. Это явле­ ние, по-видимому, объясняется характером внутреннего го­ рения антрацита в факеле.

Частицы недожога антрацита, так же как и остатки после сильного выгорания в лабораторной камере сгорания, обла­ дают явными признаками разработки пор. На микрофото­ графиях шлифов видны параллельные трещины и поры, которыми изрезаны частицы (см. прилож., фото 23). Как правило, чем крупнее частицы, тем более глубокие на них трещины. Особенно наглядны снимки недожога на стереоско­ пическом электронном микроскопе «Стереоскан» (см. прилож, фото 24). Частицы недожога разных месторождений Донбас­ са отличаются между собой характером разработки внешней поверхности. Это либо частицы, изрезанные параллельными трещинами по всему периметру, либо частицы с эллипсовид­ ными углублениями. Однако видно, что все частицы недожога подвергались горению.

Пористость монофракций недожога, доступная для про­ никновения ртути, мало отличается от пористости сильно вы­ горевшего в лабораторной установке антрацита (рис. VII — 2) .

Она, как правило, не превышает 0,25 см3 /г. Кажущийся удельный вес обеззоленного недожога составляет около 1,1— 1,2 г/см3 . Максимум распределения пор по их размерам при­ ходится на поры диаметром более 1 мк. Имеются некоторые отличия в структуре пор недожога, отобранного на разных электростанциях или даже на одном котле, но в разное вре­ мя, что также связано с поступлением топлив из разных шахт.

Данные гранулометрического анализа и изучение особен­ ностей внутреннего горения антрацита, позволяют предпо­ ложить, что недожог антрацита, как и недожог каменных и бурых углей, представляет собой остатки несгоревших круп­ ных фракций пыли. Близость ситового состава недожога ис­ ходной пыли, малое количество в недожоге микрофракций размером менее 20 мк и высокое содержание фракций 20— 40 мк объясняется, по-видимому, тем, что в процессе выго­ рания крупные частицы антрацита разрушаются, превраща­ ясь в более мелкие. Измельчение крупных частиц происходит под воздействием внутреннего горения, когда в частицах по­ являются сквозные щели и они распадаются. Мелкие же частицы исходного топлива сгоратот в ядре факела.

Недожог уноса бурого угля имеет меньшую пористость, чем остатки после выгорания в лабораторной камере сгора­ ния (рис. VII—1). Это объясняется фракционным составом недожога топок, в котором преобладают фракции размером более 100 мк, образовавшиеся после горения из частиц раз­ мером 0,5 мм и выше. Последние нагревались при воспла­ менении с меньшей скоростью, чем мелкие частицы в лабо­ раторных условиях. Кроме того, глубина проникновения окислителя в крупных частицах, по-видимому, несколько меньше радиуса частиц. Однако распределение пор по разме­ рам у всех фракций недожога и в коксовых остатках после выгорания в камере сгорания аналогичное, что указывает на наличие внутреннего горения в факеле. Кажущийся удель­ ный вес частиц недожога размером больше 160 мк составляет 0,705 г/см3 , частиц 100—160 мк 0,530 г/см3 . На микрофото­ графиях недожог отличается по виду от сильно выгоревших коксовых остатков (см. прйлож., фото 25).

Недожог экибастузского угля, как и газовых углей, пред­ ставляет собой остатки выгоревших полых сферообразных частиц кокса с очень тонкими стенками. На некоторых части­ цах сохранилась только часть оболочки (см. прилож., фо-' то 26). Пористость недожога составляет 2 см3 /г, а кажущийся удельный вес 0,429 г/см3 . Видно, что в процессе воспламене­ ния частицы экибастузского угля сильно вспучиваются, резко увеличиваясь в объеме. С уменьшением размера частиц недожогов их пористость возрастает. Это положение относится к недожогам всех марок каменных углей.